(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズ群よりなる撮影光学系と、
前記撮影光学系により結像される被写体像を光電変換する撮像素子と、
前記撮影光学系において最も前記撮像素子寄りに位置し、合焦動作に応じて光軸方向に移動されるフォーカスレンズ群と、
前記フォーカスレンズ群を保持するレンズ鏡枠と、
を有する撮像装置において、
前記撮影光学系は前記フォーカスレンズ群より物体側に、内部に開口絞りを備えてフォーカシング時に光軸方向に位置が固定された第１レンズ群を有し、
前記第１レンズ群は開口絞りより物体側の前群と、開口絞りより像側の後群とで構成され、
前記前群は全体として正の屈折力を持ち、
前記前群は物体側より順に２枚の負レンズと２枚の正レンズとから構成され、
前記フォーカスレンズ群は、光軸に略垂直な平面上の外形形状が、少なくとも前記撮像素子の有効画素範囲を含む領域に前記被写体像を結像可能な非円形形状を有しており、
さらに以下の条件式を満たすことを特徴とする撮像装置。
ｄ＞２．０ｍｍ  ・・・  （１）
｜Φ／Ｒ｜＜０．２５  ・・・  （２）
ここで、
ｄ：フォーカスレンズ群の無限遠から近距離までの移動量
Ｒ：フォーカスレンズ群の最大曲率半径
Φ：フォーカスレンズ群の最も長い直径
【請求項２】
前記フォーカスレンズ群は、樹脂製単レンズであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記レンズ鏡枠において、前記フォーカスレンズ群を前記非円形形状としたことにより生じる領域に、所定の部材を配設したことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記所定の部材は、前記合焦動作において前記フォーカスレンズ群を前記光軸方向に駆動する駆動手段、又は、前記合焦動作において前記フォーカスレンズ群を前記光軸方向にガイドするガイド手段の少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記フォーカスレンズ群の前記非円形形状とは、前記光軸方向から見て略小判形状、略馬蹄形状、又は、略矩形形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置に関し、特に、コンパクトサイズの撮像装置であって、撮影光学系に工夫を施したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンパクトサイズのデジタルカメラが普及するにつれて、ユーザーからカメラの多機能化と高性能化が求められている。これにより、手ぶれ補正機能や顔検出機能、１０００万画素を超える撮像素子を搭載したコンパクトデジタルカメラが登場している。また、カメラ本体の光軸方向の厚みを抑えるために、搭載される撮影光学系をカメラ本体で屈曲させたデジタルカメラも多く存在する。
【０００３】
屈曲式光学系を有するデジタルカメラでは、光学系を屈曲させる光学素子の周辺において各種部材を配置するスペースが確保しにくいという問題があった。この問題を解決するために、カメラ本体内に占める光学系の省スペース化を目的として、例えば、特許文献１には、光学系を構成する一部のレンズ形状を楕円形形状や矩形形状のような円形形状以外にすることで、カメラ本体の光軸方向の厚みをさらに小さくすることが開示されている。
【０００４】
一方、コンパクトサイズのデジタルカメラに搭載される撮像素子は、１／１．７型や１／２．３型のＣＣＤ又はＣＭＯＳが多く普及している。このような撮像素子は、いわゆるＡＰＳ−Ｃサイズの撮像素子と比べて小さいので、撮影光学系に求められるイメージサークルも小さくすることができる。これにより、スケーリングと同様の原理によって撮影光学系の焦点距離を短くすることで、撮影光学系自体の全長も小さくすることが可能となるので、その結果、デジタルカメラ全体のコンパクト化を図る手法として用いられていた。
【０００５】
例えば、特許文献２では、設計の像高をｈ＝４．５ｍｍ程度の高さに抑えることにより、約３倍の変倍比を確保すると共に、コンパクト化を達成している。また、特許文献３では、ワイド端の焦点距離が１で正規化されているが、１０倍もの変倍比を確保している。これらは、小さい撮像素子を使用することで、テレセントリック性を確保し、光学系全体を小型化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−８６１４１号公報
【０００７】
【特許文献２】特開２００４−３３３７６７号広報
【０００８】
【特許文献３】特開２００２−３６５５５０号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の従来技術では以下のような問題点があった。
【００１０】
特許文献１に開示されているような屈曲式光学系は、デジタルカメラのコンパクト化に寄与するものの、カメラ内部の構造が非常に複雑になってしまう。さらに、入射光を屈曲させるための反射部材の設置角度が適切でないと、デジタルカメラの光学性能に著しい影響を与えることになる。また、反射素子の製造過程においては反射素子の反射面角度に製造誤差が生じる可能性がある。このように光学系の構造が複雑化すると、設計過程での収差補正や公差設定等が難化し、製造過程では組立性が悪くなる。
【００１１】
特許文献２及び特許文献３に開示の発明では、光学系が小さな撮像素子に適合するように設計されている。このような小さな撮像素子では、大きな撮像素子を使用した場合と比較して、画素数が少なかったり、１画素当たりの面積が小さくなったりする。その結果、取り込まれた画像データのＳＮ比が悪くなってしまい、大きな撮像素子を使用した場合と比較して、生成される画像の画質が低下してしまう。
【００１２】
一方、大きな撮像素子（例えばイメージサークルがｈ＝１０．０を超えるようなもの）を使用する場合、それにつれて撮影光学系も大きくする必要がある上に、撮像素子に入射する被写体光束のテレセントリック性も悪化してしまう。また、撮影光学系が大きくなると、合焦させる際に光軸方向に移動させるフォーカスレンズも大型化する必要が生じるため、重くなってしまう。さらに、レンズを大型化するとフォーカスレンズのパワーが弱くなる傾向があるため、合焦によるフォーカスレンズの光軸方向への移動距離が長くなってしまう。フォーカスレンズが重くなることで、レンズを移動させるために使用するモータも大型にする必要が生じ、また、フォーカスレンズの移動距離が長くなることで、合焦速度も遅くなってしまい、メカニカルパーツも大型化してしまう。
【００１３】
また、コンパクトサイズのデジタルカメラでは、フォーカスレンズを撮像素子の直前に配置することが多いが、この構成としたときに、小さな撮像素子であった場合には、このフォーカスレンズも径が小さなものを使用することができていた。小径のレンズを採用することによって、鏡枠に占めるフォーカスレンズの割合を小さくできるので、鏡枠上にリードスクリュー等の部材を配設することが可能であった。しかし、大きな撮像素子を使用するとフォーカスレンズも大きくなるので、フォーカスレンズの鏡枠に、リードスクリュー等の部材を配設するスペースが小さくなってしまう。
【００１４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、屈曲式光学系のような複雑な構造を用いずにカメラのコンパクト化を達成し、さらに、撮像素子を大型化させた場合でも、フォーカスレンズの重量増加を抑え、駆動用モータを大型化させずに合焦速度の低下を避けることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明を実施の撮像装置は、複数のレンズ群よりなる撮影光学系と、撮影光学系により結像される被写体像を光電変換する撮像素子と、撮影光学系において最も撮像素子寄りに位置し、合焦動作に応じて光軸方向に移動されるフォーカスレンズ群と、フォーカスレンズ群を保持するレンズ鏡枠と、を有し、撮影光学系はフォーカスレンズ群より物体側に、内部に開口絞りを備えてフォーカシング時に光軸方向に位置が固定された第１レンズ群を有し、第１レンズ群は開口絞りより物体側の前群と、開口絞りより像側の後群とで構成され、前群は全体として正の屈折力を持ち、前群は物体側より順に２枚の負レンズと２枚の正レンズとから構成され、フォーカスレンズ群を、光軸に略垂直な平面上の外形形状が、少なくとも撮像素子の有効画素範囲を含む領域に被写体像を結像可能な非円形形状とし、さらに以下の条件式を満たす構成とする。
ｄ＞２．０ｍｍ  ・・・  （１）
｜Φ／Ｒ｜＜０．２５  ・・・  （２）
ここで、
ｄ：フォーカスレンズ群の無限遠から近距離までの移動量
Ｒ：フォーカスレンズ群の最大曲率半径
Φ：フォーカスレンズ群の最も長い直径
【００１６】
さらに本発明を実施の撮像装置は、上記発明において、フォーカスレンズ群を樹脂製の単レンズとし、また、レンズ鏡枠において、フォーカスレンズ群を非円形形状としたことにより生じる領域に、所定の部材、例えば合焦動作においてフォーカスレンズ群を光軸方向に駆動する駆動手段、又は、合焦動作においてフォーカスレンズ群を光軸方向にガイドするガイド手段の少なくともいずれか一方を配設した構成とする。
【００１７】
さらに本発明を実施の撮像装置は、上記発明において、フォーカスレンズ群の非円形形状を、光軸方向から見て略小判形状、略馬蹄形状、又は、略矩形形状とした構成とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明を実施の撮像装置によれば、最も撮像素子寄りに位置するレンズにおいて、光軸に略垂直な平面上の外形形状を、少なくとも撮像素子の有効画素範囲を含む領域に被写体像を結像可能な非円形形状とすることにより、レンズを保持する鏡枠に占めるレンズのスペースを小さくすることが可能となる。これにより、レンズ鏡枠に部材が配設可能なスペースを生じさせることができ、レンズ鏡筒のコンパクト化が可能となる。
【００１９】
また、最も撮像素子寄りに配設させたレンズをこのような形状とすることにより、レンズ鏡枠が無駄な被写体光を遮光することができるので、レンズ鏡筒内の内面反射によって発生するフレアやゴーストを低減させることも可能となる。さらに、非円形形状としたレンズを光軸方向に駆動させて合焦動作をさせる構成としたことにより、撮像素子を大型化させた場合のフォーカスレンズの重量増加を抑え、駆動用モータを大型化させずに合焦速度の低下を避けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施例に係る撮像装置の外観斜視図である。
【図２】図１に示した撮像装置の電源オン時の外観斜視図である。
【図３】図１に示した撮像装置の電源オン時の後方外観斜視図である
【図４】フォーカスユニットを撮像素子側から見たときの正面図である。
【図５】図４に示したフォーカスユニットの斜視図である。
【図６】フォーカスユニットの横断面図であり、フォーカスレンズを保持した第１の鏡枠が無限遠位置にある状態を示している。
【図７】フォーカスユニットの横断面図であり、フォーカスレンズを保持した第１の鏡枠が最至近位置にある状態を示している。
【図８】本発明の第１の実施例に係る撮像装置の撮影光学系のレンズ構成図である。
【図９】本発明の第２の実施例に係る撮像装置の撮影光学系のレンズ構成図である。
【図１０】本発明の第３の実施例に係る撮像装置の撮影光学系のレンズ構成図である。
【図１１】本発明の第４の実施例に係る撮像装置の撮影光学系のレンズ構成図である。
【図１２】従来の円形形状のフォーカスレンズを使用した撮影光学系における光線有効高を説明する図である。
【図１３】本発明の第１の実施例に係る撮影光学系における光線有効高を説明する図である。
【図１４】フォーカスレンズの第２の実施形態の正面図である。
【図１５】フォーカスレンズの第３の実施形態の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付の図面に従って、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００２２】
まず、図面に従って部材の説明を行う。図１では、撮像装置１において、シャッターボタン１ａ、電源用ボタン１ｂ、モードダイヤル１ｃ、レンズ鏡筒１ｆが配設されていることが示されている。レンズ鏡筒１ｆは沈胴状態である。図２では、撮像装置１を使用しているときであり、レンズ鏡筒１ｆが撮像装置１から繰り出された状態が示されている。図３では、撮像装置１を使用しているときであり、撮像装置１後部にフォーカシング用ダイヤル１ｄ、液晶モニター１ｅが配設されていることが示されている。
【００２３】
図４は、撮像素子５側から見たフォーカスユニット２であり、フォーカスユニット２を構成する第１の鏡枠３が示されている。第１の鏡枠３には、ナット３ａ、ナット保持部３ｂ、フォーカスレンズ３ｃ、シャフト受け部３ｄ、遊嵌孔３ｅが配設されていることが示されている。
【００２４】
破線で示す円周は従来の円形形状レンズの外周であり、その外径は直径Φ１である。第１の鏡枠３に保持されているフォーカスレンズ３ｃは、最も長い直径（長直径）がΦ１、最も短い直径（短直径）がΦ２の略小判形状をしている。図４中の斜線部は、撮像装置１に備えられた撮像素子５の有効画素範囲を示しており、その形状は、従来からある一般的な撮像素子と同様に矩形形状である。
【００２５】
図５では、フォーカスユニット２が第１の鏡枠３と第２の鏡枠４の二つの鏡枠から構成されていることが示されている。第２の鏡枠４にはモータ４ａが固定されており、リードスクリュー４ｂが配設されている。モータ４ａに配設されたリードスクリュー４ｂは、第１の鏡枠３の遊嵌孔（不図示）を遊嵌して第１の鏡枠３の撮像素子５側に突出している。このリードスクリュー４ｂにナット３ａが撮像素子５側から螺合し、第１の鏡枠３に螺着している。
【００２６】
第１のガイドシャフト４ｃは第２の鏡枠４に固設されており、第１の鏡枠に配設されたシャフト受け部３ｄに緩挿されている。また、第２のガイドシャフト４ｄは第２の鏡枠４に固設されており、第１の鏡枠に配設された遊嵌孔３ｅに遊嵌している。これらの第１のガイドシャフト４ｃ、第２のガイドシャフト４ｄ、及びリードスクリュー４ｂは光軸Ｌに略平行に配設してある。また、第１の鏡枠３と第２の鏡枠４との間には、第１のガイドシャフト４ｃを軸とするようにバネ４ｅが配設されている。
【００２７】
図６及び図７ではフォーカスユニット２と撮像素子５の断面図が示されている。撮像素子５側から被写体側に向けて、第１の鏡枠３、第２の鏡枠４が配設されている。第１の鏡枠３にはフォーカスレンズ３ｃが保持されており、また、第２の鏡枠４には２枚のレンズから構成されるレンズ群が保持されていることが示されている。
【００２８】
次に、図面に従って機能の説明を行う。図１において、撮像装置１上面部に配設してある電源用ボタン１ｂを押圧することにより電源をＯＮにする。これにより撮像装置１が通電状態になり、レンズ鏡筒１ｆが光軸Ｌに略平行に被写体側に向かって繰り出され、図２及び図３で示されている状態になる。撮像装置１を被写体に向けると、被写体の像が撮像装置１の後部に配設されている液晶モニター１ｅに映し出される。
【００２９】
合焦操作において、マニュアルフォーカス操作時は液晶モニター１ｅに映し出された被写体の像を基にして焦点調節を行う。撮像装置１上面部付近に配設されているフォーカシング用ダイヤル１ｄを回動操作することにより、焦点を調節することが可能となる。オートフォーカス操作時は、シャッターボタン１ａを半押しすると撮像装置１内にあるＣＰＵ（不図示）において合焦点が決定され、焦点調節を行う。
【００３０】
図４において、第１の鏡枠３に配設してあるフォーカスレンズ３ｃは、上述したように長直径Φ１、短直径Φ２の略小判形状としている。一般にデジタルカメラに搭載される撮像素子は矩形形状をしており、その有効画素範囲も同様に矩形形状となる。従って、撮影光学系のレンズの外径形状を有効画素範囲の形状に最適化し、矩形形状に類する非円形形状に作成しても撮影上問題となることは少ない。特に、最も撮像素子寄りのレンズの形状を有効画素範囲に最適化したとしても、撮影上の問題は生じない。また、フォーカスレンズ３ｃを矩形形状に類する非円形形状とすることによって、合焦動作において駆動する部材の重量を軽くすることが可能となる。
【００３１】
ここで、レンズを有効画素範囲に最適化するということは、レンズの光軸に垂直な平面上での形状を、少なくとも撮像素子の有効画素範囲を含む領域に被写体像を結像可能な非円形形状とすることを意味しており、以降も同様とする。
【００３２】
従来の円形形状レンズを、有効画素範囲に最適化した略小判形状にすることにより、第１の鏡枠３に占めるフォーカスレンズ３ｃのスペースが小さくなる。これにより、鏡枠上に部材を配設可能なスペースが生じるため、シャフト受け部３ｄ及び遊嵌孔３ｅを第１の鏡枠３上に配設可能となり、それらに第１のガイドシャフト４ｃ及び第２のガイドシャフト４ｄを挿嵌することが可能となる。
【００３３】
図５では、第１のガイドシャフト４ｃにバネ４ｅが装入されており、バネ４ｅは撮像素子５側方向と被写体側方向とへ付勢するため、第１の鏡枠３が装着されると、第１の鏡枠３はナット３ａへバネ４ｅにより圧接される。また、バネ４ｅの撮像素子５側、被写体側の両方向への付勢力により第２の鏡枠４は被写体側方向へ、第１の鏡枠３は撮像素子５側方向へ付勢されるため、両鏡枠のガタつきが防止されている。第２の鏡枠４に固定されている２本のガイドシャフトは第１の鏡枠３に摺動可能に挿嵌しており、モータ４ａの回転によりリードスクリュー４ｂは回転しナット保持部３ｂ内に保持されているナット３ａに螺合する。これによりモータ４ａの回転方向で第１の鏡枠３は撮像素子５側方向と被写体側方向へと移動が可能になる。
【００３４】
図６は、合焦操作においてフォーカスユニット２の第１の鏡枠３が無限遠位置にある状態である。モータ４ａの回転によりリードスクリュー４ｂが回転し、第１の鏡枠３がリードスクリュー４ｂの回転に従って、第１のガイドシャフト４ｃと第２のガイドシャフト４ｄに摺動しながら撮像素子５側に移動する。これにより、第１の鏡枠３が無限遠位置へ移動する。このとき、第１の鏡枠３は撮像素子５に最も近づく。
【００３５】
図７は、合焦操作においてフォーカスユニット２の第１の鏡枠３が最至近位置にある状態である。モータ４ａの回転によりリードスクリュー４ｂが回転し、第１の鏡枠３がリードスクリュー４ｂの回転に従って、第１のガイドシャフト４ｃと第２のガイドシャフト４ｄに摺動しながら被写体側に移動する。これにより、第１の鏡枠３が最至近位置へ移動する。このとき、第１の鏡枠３は撮像素子５から最も離れる。
【００３６】
以降では、本実施形態の撮像装置１に備えられる撮影光学系について説明する。図８は、撮像装置１が有する撮影光学系の一例を示したレンズ構成図である。この撮影光学系は、物体側から順に、開口絞りＳを備えた正の屈折力の第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力の第２レンズ群Ｇ２とから構成され、第２レンズ群Ｇ２を光軸方向に移動させて焦点調節を行う。さらに第１レンズ群Ｇ１は、開口絞りＳよりも被写体側の正の屈折力の前群Ｇ１ａと、開口絞りＳよりも撮像素子５の像面Ｉ側の正の屈折力の後群Ｇ１ｂとからなる。この前群Ｇ１ａは２枚の負レンズと２枚の正レンズを備えた構成としている。この第２レンズ群Ｇ２は、図４〜７ですでに説明してきたフォーカスレンズ３ｃに対応しており、略小判形状を有している。
【００３７】
このような構成の撮影光学系において条件式（１）を満たすことで、フォーカスレンズ３ｃのパワー（焦点距離の逆数）を小さくすることになり、フォーカスレンズ３ｃで発生する収差（収差係数）を比較的小さくすることが可能になる。フォーカスレンズ３ｃで発生する収差が小さいことは、すなわち、合焦動作を行った際に、無限遠被写体にピントを合わせたときと、近距離にピントを合わせたときで、撮影光学系全体の収差変動を小さくすることを可能にし、合焦領域全域で、より高性能な撮影光学系を得ることが可能になる。
【００３８】
逆に、このフォーカスレンズ３ｃの焦点距離が短いと、無限遠合焦時と近距離合焦時での収差変動が大きくなり、多くの場合、近距離撮影時に比較的大きな残存収差を発生させ、撮影像を悪化させる。また、フォーカスレンズ３ｃのパワーが強いと、フォーカスレンズ３ｃでの入射角／射出角の変動が大きくなり、その前後の群の大きさと比較して、フォーカスレンズ３ｃのみ大きくなる傾向が生じ（フォーカスレンズ３ｃが凸の場合）撮像装置１全体の大型化に繋がる。
【００３９】
条件式（２）はフォーカスレンズ３ｃのパワーを規定する式であり、フォーカスレンズ３ｃにおける最も長い半径Φ、すなわち長直径Φ１と、最も大きい曲率半径Ｒの比を取ったものである。この式により、曲率半径Ｒが小さくなることを防止している。当該レンズで合焦動作を行うため、フォーカスレンズ３ｃにおける収差量（収差係数）は小さい方が望ましい。曲率半径Ｒが小さくなることは、当該フォーカスレンズ３ｃ内で発生する球面収差量が大きくなることになり、無限遠合焦時と近距離合焦時での結像性能のバランスを取ることが難しくなる。
【００４０】
条件式（１）を満たすようにフォーカスレンズ３ｃの移動量ｄを大きくすると、撮像装置１の大型化の方向に向かうことになる。大きな移動量を達成するために、移動動力源のモータ４ａを出力が強く大きな物に変更する必要が生じる。また、撮影光学系のフォーカスレンズ３ｃは色消しをするために、通常は２枚以上使用することが望ましく、これによりフォーカスレンズ３ｃの重量が増加すると、さらに大きなモータが必要になってしまう。そこで、小さなモータで合焦動作を行うためには、フォーカスレンズ３ｃの重量をより軽くすることが不可欠となる。フォーカスレンズ３ｃを軽量化するためには、ダブレットなどの２枚以上のレンズではなく、単レンズを使用することが考えられるが、単レンズでは、発生する収差量を良好に抑えることが原理的に不可欠である。そこで、発生する収差をより小さくするために、この単レンズの少なくとも１面を非球面にすることが望ましい。
【００４１】
フォーカスレンズ３ｃの材料としては樹脂を用いている。例えば、吸水性の少ないシクロオレフィンポリマーやポリエステル樹脂、高屈折率が期待できるポリカーボネート樹脂が考えられる。フォーカスレンズ３ｃは、これらのプラスチック樹脂を射出成型することにより作成されるが、射出成型に使用する金型は球面であっても非球面であっても加工、管理等に殆ど違いがない。このため、ガラスレンズとは異なり、非球面レンズを使用することで加工コストが上昇することはない。これは、射出成型の代わりにコンプレッション成型を行う場合にも言えることである。
【００４２】
フォーカスレンズ３ｃが凸レンズの場合、レンズの曲率半径Ｒが小さくなると、中心の肉厚と周辺の肉厚の差が大きくなる（所謂サグ量が大きくなる）ため、樹脂成型を行う際に圧力が均一に掛からず、凸レンズの面精度を良好に出すことが難しくなる。射出成型で高精度にレンズを成型するには出来るだけ偏肉がないレンズが望ましく、そのためにも曲率半径Ｒがある条件式（２）を満たす程度に大きいものが望ましい。同様に、フォーカスレンズ３ｃを略小判形状に成型する場合でも、レンズを非球面に加工する場合と同じく、円形形状から非円形形状に変更することで加工コストが上昇することはない。
【００４３】
フォーカスレンズ３ｃの材料となる樹脂の密度（比重）は０．９〜１．２程度であり、典型的な光学ガラスの密度（比重）２．０〜６．０と比較して著しく軽い。そのため、Φ１５を超えるような大きなレンズをフォーカスレンズとして使用し、ｄ＞２．０ｍｍのような大きなフォーカス移動量を実現するために、比重の小さい樹脂を材料として使用することで、駆動モータの大型化を避け、より早いレスポンスを持った合焦動作を行うことが可能になる。
【００４４】
以下、本発明の撮影光学系に係る図８〜図１１に示す実施形態１〜４に各々対応する数値実施例１〜４を示す。各数値実施例においてｉは物体側からの光学面の順序を示し、ｒｉは第ｉ番目の光学面（第ｉ面）の曲率半径、ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の間隔、ｎｉとνｉはそれぞれｄ線に対する第ｉ番目の光学部材の材質の屈折率、アッベ数を表す。Φは各レンズにおける直径であり、Φ１は略小判形状であるフォーカスレンズ３ｃの最も長い直径（長直径）、Φ２はフォーカスレンズ３ｃの最も短い直径（短直径）である。また、Ｆは焦点距離、ＦＮＯはＦナンバー、ωは半画角である。
【００４５】
非球面は光軸に垂直な高さをＨとし、高さＨにおける光軸方向の変異量（サグ量）をＸとし、基準面の曲率半径をＲ、非球面係数（Ｃｏｎｉｃ Ｃｏｎｓｔａｎｔ）をｋ、ｎ次の非球面係数をＡｎとしたとき以下の数式で表される。
【００４６】
【数１】
0005469944.tif 000002
【００４７】
（数値実施例１）
0005469944.tif 000003
【００４８】
（数値実施例２）
0005469944.tif 000004
【００４９】
（数値実施例３）
0005469944.tif 000005
【００５０】
【表４】
0005469944.tif 000006
【００５１】
図１２及び図１３は、最も撮像素子５寄りに配設されたフォーカスレンズが従来型の円形形状である場合と、本実施例に示されるところの略小判形状である場合に、それぞれの撮影光学系を被写体光束が透過する様子を示したものである。図１２では、被写体側から入射した光が従来の円形レンズ６を透過し、撮像素子５上に結像していることがわかる。ここで、すでに説明したように、一般的な撮像素子は矩形形状をしており、その有効画素範囲も矩形形状をしているため、円形レンズ６の周辺部を透過した光は有効画素範囲外の撮像素子５上に結像してしまっている。一方、図１３に示すとおり、撮像素子５の有効画素範囲に最適化するように外形の上下を切り欠いたフォーカスレンズ３ｃを用いた場合には、このレンズを透過した光が有効画素範囲から外れることなく、撮像素子５上に結像させることが可能となる。
【００５２】
このように、最も撮像素子５寄りに配設させたフォーカスレンズ３ｃを撮像素子５の有効画素範囲に最適化させた略小判形状とすることにより、第１の鏡枠３が無駄な被写体光を遮光することができるので、レンズ鏡筒内の内面反射によって発生するフレアやゴーストを低減させることも可能となる。
【００５３】
なお、本発明に係る撮像装置に実施のフォーカスレンズの形状は、上述してきた略小判形状に限定されるものではない。すなわち、リードスクリュー等の部材を配設可能なスペースが確保できる形状で、なおかつ撮像素子５の有効画素範囲の形状に最適化された非円形形状であればよい。
【００５４】
上述した非円形形状のその他の具体例として、フォーカスレンズの形状の第２及び第３の実施例を図１４及び図１５に示す。図１４では、第１の鏡枠３に保持されているフォーカスレンズ７ｃが、シャフト受け部３ｄ側のみ撮像素子５の有効画素範囲に切り欠いた略馬蹄形状であり、シャフト受け部３ｄが配設可能となっている。また、図１５では、第１の鏡枠３に保持されているフォーカスレンズ８ｃにおいて、有効画素範囲から外れているレンズの部分を全て切り欠いたものである。レンズの形状は略矩形形状であるが、４箇所の角部はｒ＝Φ１／２の円弧となっている。これにより、第１のガイドシャフト４ｃ、第２のガイドシャフト４ｄ、シャフト受け部３ｄと遊嵌孔３ｅとが配設可能となっている。
【００５５】
さらに、撮像素子の有効画素範囲の形状に最適化された非円形形状であるとしたフォーカスレンズの形状を、以下のようにより詳細に限定することもできる。すなわち、非円形形状のフォーカスレンズの長直径Φ１と短直径Φ２の比による限定である。
【００５６】
例えば、数値実施例１においては、フォーカスレンズ３ｃの長直径と短直径はそれぞれ１８．５２と１５．０であるから、Φ１／Φ２＝１８．５２／１５．０＝１．２３となっている。同様に、数値実施例２ではΦ１／Φ２＝１７．６／１４．４＝１．２２、数値実施例３ではΦ１／Φ２＝１７．９／１４．３＝１．２５、数値実施例４ではΦ１／Φ２＝１７．８／１４．５＝１．２３となっている。また、一般的な撮像素子のアスペクト比は多くが４：３又は３：２となっているから、それぞれの長直径と短直径の比はΦ１／Φ２＝１．６７、Φ１／Φ２＝１．８０となる。
【００５７】
Φ１とΦ２の差が大きすぎると、被写体をケラレなく結像するためにΦ２を大きくする必要が生じ、コンパクト化・軽量化に反することは明らかである。従って、長直径と短直径の比の取り得る範囲としては１＜Φ１／Φ２≦１．８が望ましいと言える。なお、上述した各実施形態で示したようなフォーカスレンズの形状において、長直径Φ１と短直径Φ２は図４、図１４、及び図１５に記入されたように定義することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１      撮像装置
２      フォーカスユニット
３      第１の鏡枠
３ｃ    フォーカスレンズ
３ｄ    シャフト受け部
３ｅ    遊嵌孔
４      第２の鏡枠
４ａ    モータ
４ｂ    リードスクリュー
４ｃ    第１のガイドシャフト
４ｄ    第２のガイドシャフト
５      撮像素子
Ｌ      光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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